李 燕 ，侍昌江 ，李 健

（1.國電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 南京 210003；2.嘉興電力局，浙江 嘉興 314033）

電力系統(tǒng)故障錄波器已成為電力系統(tǒng)記錄動(dòng)態(tài)過程中必不可少的精密設(shè)備，其主要任務(wù)是記錄系統(tǒng)大擾動(dòng)，如短路故障、系統(tǒng)振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰等發(fā)生大擾動(dòng)后引起的系統(tǒng)電壓和電流及其導(dǎo)出量[1]。在智能電網(wǎng)建設(shè)的大背景下，數(shù)字化變電站快速發(fā)展是必然趨勢(shì)，國內(nèi)數(shù)字化變電站采樣值規(guī)約多采用IEC 61850-9-1，現(xiàn)在IEC 61850-9-2也在新建的數(shù)字化站中逐步應(yīng)用，在早期的數(shù)字化變電站建設(shè)中也有采樣值基于FT3的；大多數(shù)開關(guān)量的接入都采用面向通用對(duì)象的變電站事件（GOOSE）方式，對(duì)于一些改造的數(shù)字化站也有開關(guān)量采用硬接點(diǎn)的接入方式[2，3]。針對(duì)模擬量和開關(guān)量的不同的接入方式，錄波裝置也有對(duì)應(yīng)的不同的接入方式。

1 模擬量接入方式

1.1 采樣值基于FT3的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入方式

一般錄波裝置接入的模擬量最大數(shù)目為96路，以1路FT3提供12路模擬量為例子，需要錄波裝置提供8路模擬量的接入口。為此，可以采用前置板（DCU）的方式解決，DCU提供12路光口，最大支持12×12=144路模擬量的接入，DCU負(fù)責(zé)將各個(gè)合并單元(MU)提供的FT3進(jìn)行解析，并且可以通過配置將錄波所需要的模擬量通道的數(shù)據(jù)提取出來，減少錄波記錄單元的數(shù)據(jù)處理量，具體接入方式如圖1所示。

圖1 基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的FT3接入方式

其中DCU和錄波數(shù)據(jù)處理單元（RCU）都以插件的形式放置在裝置的機(jī)箱內(nèi)。模擬量采用FT3傳輸規(guī)約，不同廠家的自定義FT3規(guī)約差異比較大，對(duì)錄波裝置的接入也提出了挑戰(zhàn)。同時(shí)，如果FT3的采樣發(fā)送頻率過高，可以在DCU解析FT3的過程中將其打包處理，降低其發(fā)送到RCU的發(fā)送頻率，提高RCU工作穩(wěn)定性。

1.2 采樣值基于IEC 61850-9-1的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入方式

采樣值基于IEC 61850-9-1的傳輸方式在數(shù)字化變電站中有著廣泛的應(yīng)用，錄波裝置一般情況下需要從不同的合并單元（MU）接入采樣值信息，不同的MU之間的采樣值，必須通過數(shù)據(jù)集中器（CU）進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，才能接入到錄波裝置的采樣值接收模塊，其接入方式如圖2所示。

圖2 IEC 61850-9-1的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入方式

1.3 采樣值基于IEC 61850-9-2的組網(wǎng)接入方式

從保護(hù)線圈接入的模擬量通過采集器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再送入MU，MU以IEC 61850-9-2報(bào)文格式輸出采樣值，不同MU的采樣值組成采樣值（SMV）網(wǎng)絡(luò)，錄波裝置通過交換機(jī)的鏡像口將整個(gè)SMV網(wǎng)絡(luò)的模擬量接入到故障錄波裝置的模擬量處理模塊，其流程如圖3所示。

圖3 基于IEC 61850-9-2的組網(wǎng)接入方式

2 開關(guān)量接入方式

對(duì)于模擬量采集采用光纖傳輸方式，開關(guān)量采集采用硬接點(diǎn)方式的混合站來說，開關(guān)量的接入和常規(guī)站的接入方式相同，通過開關(guān)量采集板（DI板）采集開關(guān)量，然后送入RCU的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）進(jìn)行處理，這樣的混合站在實(shí)際工程應(yīng)用中還是不多的，只是由于當(dāng)時(shí)對(duì)GOOSE機(jī)制和應(yīng)用還處于不是很成熟的階段。開關(guān)量采用GOOSE機(jī)制的數(shù)字化站，通過GOOSE接收板，將GOOSE報(bào)文接收、解析，同時(shí)將解析好的開關(guān)量數(shù)據(jù)通過內(nèi)部協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)給RCU，然后再在RCU內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的開關(guān)量啟動(dòng)和變位的判斷。GOOSE接收板采用提供2個(gè)光口，可以分別接入雙網(wǎng)的GOOSE量，對(duì)于GOOSE采用雙網(wǎng)冗余配置的數(shù)字化站亦可以提高良好的解決方案。開關(guān)量接入方式如圖4所示。圖中虛線為混合站開關(guān)量接入方式，實(shí)線是GOOSE接入方式，其中高頻信號(hào)是因?yàn)椴糠只旌险颈Ａ袅烁哳l保護(hù)，需要將高頻信號(hào)接入錄波裝置。

圖4 數(shù)字化站開關(guān)量的接入方式

3 建立堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)對(duì)錄波裝置的新要求

數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)的物理基礎(chǔ)，是智能電網(wǎng)建設(shè)中變電站的必然趨勢(shì)。數(shù)字化變電站通過信息采集、傳輸、處理、輸出過程的完全數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、運(yùn)行管理自動(dòng)化等要求[4]。智能變電站對(duì)繼電保護(hù)及相關(guān)設(shè)備配置提出了新的要求。

（1）對(duì)于220kV及以上變電站，宜按電壓等級(jí)和網(wǎng)絡(luò)配置故障錄波裝置和網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置，當(dāng)SMV或GOOSE接入量較多時(shí)，單個(gè)網(wǎng)絡(luò)可配置多臺(tái)裝置。單臺(tái)故障錄波裝置或網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置不應(yīng)跨接雙重化的2個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

（2）主變宜單獨(dú)配置主變故障錄波裝置。

（3）故障錄波裝置和網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置應(yīng)能記錄所有MU、過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)的信息。錄波器、網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置對(duì)應(yīng)SMV網(wǎng)絡(luò)、GOOSE網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)制造報(bào)文規(guī)范 （MMS）網(wǎng)絡(luò)的接口，應(yīng)采用相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)接口控制器。

（4）采樣值傳輸可采用網(wǎng)絡(luò)方式或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，開關(guān)量采用過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸，SMV采樣網(wǎng)的規(guī)約采用IEC 61850-9-2。

（5）故障錄波裝置采用網(wǎng)絡(luò)方式接收SMV報(bào)文和GOOSE報(bào)文時(shí)，故障錄波功能和網(wǎng)絡(luò)記錄分析功能可采用一體化設(shè)計(jì)。針對(duì)以上要求，以主變間隔為例，說明錄波裝置的接入方式，如圖5所示。

圖5 主變間隔的錄波原理圖

（6）錄波與信息子站及后臺(tái)通信。在常規(guī)變電站中，錄波與信息子站通信主要自定義103規(guī)約，上送錄波的事件報(bào)告、定值和錄波文件；與后臺(tái)主要通過硬接點(diǎn)，將錄波裝置告警、錄波啟動(dòng)與電源異常等接點(diǎn)上送到監(jiān)控后臺(tái)。數(shù)字化變電站中，錄波與信息子站通信采用MMS，通過MMS實(shí)現(xiàn)事件報(bào)告、定值和錄波文件的上送，在與后臺(tái)通信中采用GOOSE將監(jiān)控后臺(tái)需要接收的開關(guān)量上送。

4 數(shù)字化站錄波解決方案

針對(duì)上面不同的變電站采樣值和GOOSE傳輸?shù)牟町?，由此也產(chǎn)生了對(duì)于不同運(yùn)行方式的變電站錄波的不同解決方案。

（1）采樣值采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式的數(shù)字化站錄波解決方案。該方案主要用于GOOSE組網(wǎng)，采樣值采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方案的數(shù)字化站錄波解決方案。模擬量從合并單元以FT3的方式輸出，送到錄波裝置的CU板進(jìn)行處理，然后以IEC 61850-9-1的格式輸入送入RCU。GOOSE報(bào)文直接接入GOOSE接收板，經(jīng)處理后送入RCU，其原理如圖6所示。

圖6 采樣值點(diǎn)對(duì)點(diǎn)GOOSE組網(wǎng)的原理圖

（2）SMV和GOOSE分別組網(wǎng)的數(shù)字化站錄波解決方案。SMV和GOOSE分別組網(wǎng)的原理如圖7所示。合并單元和智能終端分別接入SMV網(wǎng)和GOOSE網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于這樣的組網(wǎng)方式，可采用GOOSE板接收GOOSE信息，DCU板接收模擬量信息。

圖7 SMV和GOOSE分別組網(wǎng)原理圖

（3）SMV和GOOSE共網(wǎng)的數(shù)字化站錄波解決方案。SMV和GOOSE共網(wǎng)的原理如圖8所示。

圖8 SMV和GOOSE共網(wǎng)原理圖

MU、智能終端和保護(hù)裝置全部接入同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，DCU用于接收GOOSE和SMV報(bào)文，將其解析處理送給RCU。

5 結(jié)束語

本文探討了數(shù)字化變電站錄波裝置的不同接入方式的原理，并且由此提出了數(shù)字化變電站錄波解決方案，對(duì)數(shù)字化變電站錄波裝置的使用有一定的借鑒之處。

[1]胡林獻(xiàn)，杜萬森，李劍新.基于DSP+MCU技術(shù)的新型故障錄波器[J].繼電器，2005，33(9)：57-60.

[2]Communication Networks and Systemsin Substations Part8-1:Specific Communication Service Mapping(SCSM)Mappings to MMS[S].2002.

[3]Communication Networks and Systems in Substations Part9-1:Specific Communication Service Mapping(SCSM)Sampled Values Over Serial Unidirectional Multidrop Point to Point Link[S].2002.

[4]楊永標(biāo)，丁孝華，黃國方，等.基于IEC 61850的數(shù)字化故障錄波器的研制[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32(13)：62-65.